De kosmische oorsprong van koolstof, een fundamentele bouwsteen van leven, is nog onzeker. Zware sterren spelen een belangrijke rol bij de synthese van alle zware elementen, van koolstof en zuurstof tot ijzer, enzovoort. Maar hoewel de meeste zware sterren in meervoudige systemen worden geboren, hebben de nucleosynthese-modellen (die de kernfusie in sterren beschrijven) tot dusver bijna uitsluitend enkelvoudige sterren gesimuleerd. Een internationaal team van astrofysici heeft nu de ‘koolstofvoetafdruk’ berekend van zware sterren die hun omhulsel verliezen in een dubbelstersysteem.
"Vergeleken met een enkelvoudige ster produceert de gemiddelde ster in een binair systeem twee keer zoveel koolstof," zegt eerste auteur Rob Farmer (MPA, UvA) "Tot voor kort negeerden de meeste astrofysici dat zware sterren vaak deel uitmaken van een dubbelster. Wij hebben voor het eerst onderzocht hoe het feit dat een ster in een dubbelstersysteem zit, invloed heeft op de elementen die worden geproduceerd."
De meeste sterren, waaronder onze eigen zon, worden aangedreven doordat waterstof in helium wordt omgezet. In hun 'gouden jaren', nadat de sterren ongeveer 90% van hun brandstof hebben verbruikt, beginnen ze helium om te zetten in koolstof en zuurstof. Sterren zoals de zon stoppen hier, maar zware sterren kunnen doorgaan met het omzetten van koolstof in zwaardere elementen, tot en met ijzer.
De grote uitdaging is niet hoe je koolstof kunt produceren, maar hoe het uit de ster komt voordat hij sterft. In enkelvoudige sterren is dit erg moeilijk. Maar sterren in een dubbelstersysteem kunnen op elkaar reageren en massa overdragen aan hun begeleider. De ster die delen van zijn massa verliest, ontwikkelt een koolstofrijke laag dicht bij het oppervlak, die wordt uitgestoten wanneer de ster explodeert als supernova.
"Het is misschien niet eerlijk om zware dubbelsterren de schuld te geven van broeikasgassen die de opwarming van de aarde veroorzaken", zegt coauteur en MPA-directeur Selma de Mink gekscherend, "maar het is wel gaaf om je te realiseren dat de koolstof in je huid waarschijnlijk in een dubbelster is gemaakt."
Astronomen onderzoeken ook andere soorten sterren die koolstof kunnen produceren, zoals bijvoorbeeld rode reuzensterren of exploderende witte dwergsterren. Maar tot nu toe lijkt het erop dat zware sterren, en volgens deze nieuwe studie in het bijzonder de zware dubbelsterren, het grootste deel van de kosmische koolstof maken.
"Onze bevindingen zijn een kleine maar belangrijke stap op weg naar een beter begrip van de rol van zware sterren bij de productie van de elementen waar wij zelf van gemaakt zijn", stelt tweede auteur Eva Laplace, die binnenkort haar proefschrift over dit onderwerp zal verdedigen aan de UvA. "Tot nu toe hebben we slechts één type binaire interactie onderzocht. Er zijn nog vele andere mogelijke lotgevallen voor een ster die in de nabijheid van een begeleider wordt geboren - en vele andere elementen om te onderzoeken."
De resultaten die in dit onderzoek worden gepresenteerd zijn dus pas de eerste in een systematisch onderzoek naar de invloed van een nabije begeleider op de chemische opbrengst van zware sterren.
Artikel: The cosmic carbon footprint of massive stars stripped in binary systems. R. Farmer, E. Laplace, S. E. de Mink, S Justham. Geaccepteerd voor publicatie in Astrophysical Journal